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動圈、電容以及幻象供電:走進麥克風設計的世界

2024-03-29數碼

為什麽有那麽多種類的麥克風?什麽樣的麥克風是最好的?這是我的音訊課的學生們最常提出的一個問題。

首先,這個世界上並不存在一種可以適合所有任務、所有場景的麥克風,這也許就是「為什麽市面上會有這麽多種類的麥克風」這個問題的最佳答案。

我們的耳朵是一個非常精密非常復雜的傳感器,能夠將聲音訊號轉化為電脈沖,傳送給大腦之後,我們的大腦可以將它們解析為「聲音」。

聲音訊率的單位是赫茲(Hz),1Hz代表著聲波經過某個特定的點時,每秒鐘經過的次數(即每秒完成一個完整振動過程的次數)。我們的耳朵能夠轉換20Hz-20kHz的聲音訊號。

大約在二十世紀六十年代中期,EV的傳奇人物Lou Burroughs公開演示了當開放式麥克風直接放在喇叭喇叭口時會發生什麽。

和我們的耳朵不同,麥克風只能準確轉換(和再現)特定範圍內的聲音訊號,通常這個範圍要比20-20kHz小。

如果麥克風可以在一定範圍內,沒有增大或者減小音量地再現頻率,我們變稱呼這種頻響範圍是「平坦的」。在對麥克風進行度量的時候,這一項被稱為「頻率響應」,對於一個工程師來說,這是在為特定使用場景選擇麥克風時,必須要知道的一個特性。

麥克風的頻率響應會對音質產生一定的影響,因為麥克風通常無法完美再現音訊訊號中存在的所有頻率。

在選擇麥克風時,另一個需要了解的特性是訊噪比(S/N),它表示的是來自樂器和歌手的有用音訊量(S),與麥克風本身所帶的本底雜訊(N)的比。(任何模擬以及數碼音訊器材都會有訊噪比以及動態範圍,動態範圍則是訊噪比與凈空余量的和)。

幾個不同麥克風的頻率響應圖示

但是,在選擇麥克風時,最需要考慮的往往是它的設計類別。目前有兩種基本的麥克風類別:動圈麥克風和電容麥克風。

盡管通常來講,動圈麥克風一直是現場擴聲音響工程師的首選,但是電容麥克風也在逐漸進入現場擴聲的舞台,至於這個原因,我們稍後會解釋。

首先還是先開啟外殼看看裏面吧

動圈麥克風嚴格來講可以分為兩種:一種是一般的動圈麥克風,另一種則是鋁帶麥克風。動圈麥克風的工作原理都是電磁感應現象。相信各位都接觸過磁鐵,它們有兩個極,其中一側是「北極(N)」,另一側則是南極(S)。

當兩個磁鐵同極相互接近時,往往會相互排斥,而不同的兩極接近時,往往會相互吸引。而如果磁鐵保持在兩極相互足夠接近會產生吸重力,但是又無法接觸時,便會在這兩者之前產生磁場。

而在這個磁場中,存在著肉眼不可見的「磁感線」。任何的動圈麥克風的內部構造中,都有著各種磁場。而在鋁帶麥克風裏,是一個懸掛在磁體中間薄薄的金屬條。當聲波的振動帶動鋁帶振動時,它也會振動。這種振動會切割磁感線,從而產生電壓。電壓會透過鋁帶傳導,並且直接受聲波振動頻率的影響。

而在一般的動圈麥克風中,則是將一個薄膜(即振膜)連線到線圈上。聲音的振動同樣會使得振膜/線圈在磁場中運動,切割磁感線並線上圈中產生感應電壓。同樣,振動頻率與聲音訊率相同。

動圈麥克風和電容麥克風的剖檢視。

一般來說,動圈麥克風的靈敏度取決於振膜的大小、磁鐵的重力強度以及線圈匝數。

盡管鋁帶麥克風比動圈麥克風更加敏感,但是同樣 ,它們也更加脆弱。此外,鋁帶麥克風還有雙向拾音模式——因為它們對麥克風前方和後方的聲音同樣敏感。考慮到這種雙向的拾音模式以及本身的脆弱性,通常來說大家都認為這種麥克風不適合用於現場舞台擴聲。

而一般的動圈麥克風則恰恰相反,它們十分堅固耐用。這種特性使得動圈麥克風對於樂隊或者現場擴聲人員來說具有壓倒性的優勢。而且一般價格也會更便宜。

大多數的動圈麥克風都是單一指向性的——它們只能拾取前方的聲音。這是一個優勢,因為對於現場擴聲來說,監聽音箱中的聲音如果再次進入麥克風的話,會產生名為「嘯叫」的聲反饋現象,對於現場擴聲來說這是必須要避免的問題。每個現場擴聲工程師都會極力規避聲反饋的問題,畢竟如果發生嘯叫,在場的每個觀眾都知道這個大鍋是一定要擴聲師來背的。

同樣,磁鐵的重力強度、線圈的匝數以及振膜的尺寸也同樣重要。大振膜動圈麥克風通常要比小振膜動圈麥克風的靈敏度更高。在錄制鼓的時候通常會使用大振膜,不過軍鼓除外,因此軍鼓通常會發出一種高頻段的額外的聲音,在這種情況下使用諸如SM57等小振膜麥克風效果會更好一些。

此外,因為軍鼓還會產生較高的聲壓級,這也會對大振膜麥克風造成一定的損傷,並產生失真。

一些大振膜麥克風,比如AKG D112、D550或者Shure Beta 52,都是非常適合用在底鼓上的。而Sennheiser旗下也有很多適合錄制鼓的麥克風,比如E602(適合錄底鼓),E604 (適合錄桶鼓)。而E604還附帶一個可以夾住鼓邊的支架,可以省去使用笨重的麥克風支架,會使得舞台更加幹凈簡潔一些。(我甚至還在錄音棚內用過它。)

如果您習慣使用前台楔形喇叭來作為舞台返聽的話,動圈麥克風無疑是一個不錯的選擇,它們可以提升足夠的增益,但是會有效避免聲反饋的發生。而如果您使用的是入耳式返聽系統的話,可以嘗試使用電容麥克風來拾取人聲或者樂器。盡管可能會增加一些預算,不過會獲得相應的,更加出色的音質效果。

AKG D 112(左)更適合底鼓,而Sennheiser E604適合用在桶鼓上,並且更加方便安裝

在舞台上使用電容麥克風

現在,電容麥克風也被越來越多地套用在現場擴聲的舞台上。電容麥克風靈敏度非常高,在20Hz-20kHz的範圍內都有著非常平坦的頻率響應,造成這個現象的部份原因在於它們的設計。

電容麥克風的工作原理是可變電容、固定極板以及可移動極板。這些極板的作用類似極化的磁源。聲音振動帶動麥克風的可移動極板振動,振動頻率同樣和聲音訊率相同。

隨著可移動極板的振動,兩塊極板之間的距離也在不斷變化,它們的功能就是電容器中的電子元件。極板之間距離的變化會導致電容量的變化,然後透過麥克風中的小電子電路,產生模擬聲音訊號的電流。動圈麥克風通常在制作的時候,制造商都會為他們充電,因此可以永久保持20%的電壓。

而和動圈麥克風不同,電容麥克風在制作時並沒有永久充電的磁體。因此在每次使用的時候,必須需要使用幻象電源來為它們的振膜供電。這種電源一般都是透過麥克風線纜來傳輸的。幻象電源通常為48V的直流電源,可以滿足大振膜電容麥克風的需求。

電容麥克的這種可變電容設計,使得它對聲壓的變化尤為敏感。它們也是非常「熱門」的麥克。吉他手們通常喜歡將它們和吉他拾音器中的有源電路連線起來使用,就是因為它們出色的靈敏度。

通常來講,電容麥克風的頻率響應較為平直。這種大類下還有一種比較細化的分類,名為駐極體電容麥克風。這種設計可以使用更加小型的直流電池或者幻像電源,電壓遠遠低於一般的電容麥克風所需要的48V。但是請註意,這裏的電池和無線麥克風中無線系統所需要的電池,並不可以混為一談。

關於幻象電源

幻象電源並不僅僅為電路板提供必需的電壓,還可以為板載阻抗變壓器提供電源。沒有幻象電源的話,電容麥克風根本無法工作。那麽,這種幻象電源從何而來?一般來講,調音台都會內建幻象電源的。

許多的調音台在每個通道上都有著單獨的按鈕或者開關,用來啟動或者關閉幻象電源。有些調音台則是有一個可以控制多個通道的開關,只用這一個開關便可以啟動或者關閉所有通道的幻象電源。

更少的按鈕無疑節省了成本,但是相對也犧牲了部份功能。有的控台幹脆不提供幻象電源,或者只提供適用於駐極體電容麥克風的18V幻象電源,所以有的時候,還需要專門準備外置的48V幻象電源來為電容麥克風供電。

由於電容麥克聲音比較清脆、幹凈,因此很多人喜歡在錄制人聲時使用電容麥克風。而且也有很多型號是專為錄制人聲而設計的。但是有一點要註意,因為電容麥克風比一般的動圈麥克風更加脆弱,因此在巡演中使用時,最好給它們準備一個結實的防震盒子。

另外還需要註意的是,由於電容器非常敏感,因此更容易發生聲反饋。在擴聲使用電容麥克風時,需要特別註意管理舞台的音量。在這種情況下,使用入耳式監聽就非常有必要了。另外還需要告知一下歌手,方便他們采取相應的應對措施。

那麽,在使用動圈麥克風時用幻象電源供電會怎麽樣?幻象電源並不會對動圈麥克風造成損害,不過動圈麥克風也沒必要使用幻象供電。不過千萬記住,在使用電容麥克風時,一定要開啟幻象供電電源!(因為你不開的話麥克風壓根就不會出聲的。)另外,在開啟幻象電源之前,記得先把軌域靜音,否則可能會產生一些噪音。

有些調音台中,幻象電源可以分別在各個通道上開啟或者關閉,例如Allen & Heath GL4000(左)。而其他的小型調音台,例如Mackie 406M,則會使用一個開關來控制所有通道的幻象電源。

可供大家選擇的麥克風,應該是永遠不嫌多的。發明師和工程師們也都在不斷嘗試新的技術。不斷試驗,不斷總結,相信這樣能讓你的現場擴聲的音質更加出色。

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